JP4435104B2 - 直動案内ユニットおよび直動案内ユニットの荷重判別方法 - Google Patents
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Description
この従来の直動案内ユニットは、それに組み込んだ複数の転動体が軌道レールとの間に転動自在に介在し、両者の相対移動をスムーズにするものであるが、この直動案内ユニットには、本体とは別部材からなる弾性部材や、本体を加工して形成した薄肉部からなる弾性機構を設けている。
そして、本体に荷重が作用したときに、この荷重によって上記弾性機構を変位させるとともに、この弾性機構の変位量をセンサ等の検出手段によって検出し、荷重方向や荷重の大きさ等の力情報を取得している。
しかし、変位量を検出するために設ける弾性機構を、本体とは別部材からなる上記弾性部材によって構成するとなれば、弾性部材の取り付けスペースが必要となり、その分どうしても装置全体が大型化してしまうという問題があった。
また、弾性部材を設けずに、本体を加工して形成した薄肉部によって弾性機構を設けるとなれば、その加工が非常に面倒なものとなり、その分製造コストが高くなるという問題があった。
また、第2の目的は、直動案内ユニットに生じるひずみを簡単に検出する方法を提供することである。
したがって、第1の発明によれば、本体に弾性機構を設ける必要がないので、その分装置全体を小型化することができるとともに、安価に製造することができる。
また、第2の発明によれば、本体に弾性機構を設けなくてもケーシングのひずみを検出することができるので、既存の装置であっても簡単にひずみを検出することができるとともに、ケーシングに作用する荷重の大きさ及び方向を判別して、それらの情報から正確な寿命の推定等を行うことができる。
図1に示す直動案内ユニット1は、軌道レールRに沿って摺動するものであり、スライダSは、ケーシングCと、このケーシングCの摺動方向両端に設けたエンドキャップE,Eとによって構成される。
この直動案内ユニット1を構成するスライダSのケーシングCは、図2に示すように、軌道レールRの上方であって、この軌道レールR上面と平行な取付部2と、この取付部2の幅方向両端から下方に伸びるとともに、上記軌道レールRを跨いで対向する一対の袖部3,3とからなる。
上記の構成にした直動案内ユニット1は、実際には、軌道レールRを走行する過程で、図3に示すように、ケーシングCに対していろいろな方向の荷重が作用する。
例えば、図3(a)に示すように、ケーシングCに対して上方から下方に向かう圧縮荷重P1が作用した場合、転動面4b,4dがころ6を介して軌道レールRに押し付けられる。したがって、ケーシングCには、軌道レールR側からころ6を介して反力が作用するが、この反力は、袖部3,3が互いに離れる方向の力として作用することとなる。
また、図3(c)に示すように、ケーシングCに対して矢印のローリング方向のモーメントP3が作用した場合には、転動面4a,4dがころ6を介して軌道レールRに押し付けられる。したがって、ケーシングCには、軌道レールR側からころ6を介して反力が作用するが、この反力も上記と同様、袖部3,3が互いに離れる方向の力として作用する。
いずれにしても、このケーシングCには、上記一対の袖部3,3が互いに離れる方向の力が作用することになる。
取付部2の上方から上記P1〜P3のいずれかの荷重Pが作用し、袖部3,3に対して、それらが互いに離れる方向の力が作用すると、ケーシングCの外側面に膨らみ部Yと凹み部Xとが形成される。このようにケーシングCの外側面に膨らみ部Yと凹み部Xとが形成されるのは、ケーシングCの外側面にいわゆる引張ひずみと圧縮ひずみが生じるためである。引張ひずみとは引張応力によるひずみのことであり、引張応力を作用させたとき、長さLを有する物質が伸びる割合、すなわち、ひずみ値ε=+ΔL/Lで表され、圧縮ひずみとは圧縮応力によるひずみのことであり、圧縮応力を作用させたとき、長さLを有する物質が圧縮する割合、すなわち、ひずみ値ε=―ΔL/Lで表される。
すなわち、上記のように袖部3,3にそれらが互いに離れる方向の力が作用したとき、ちょうど袖部3,3が外側に折れ曲がる起点になるような位置X1の範囲を中心に大きな圧縮ひずみが生じ、X1から遠ざかるごとにX2→X3→X4という順に、圧縮ひずみが徐々に小さくなっていった。また、X1の下方におけるY1およびY2の範囲には圧縮ひずみではなく引張ひずみが発生していた。
図5においては、直動案内ユニット1に対して圧縮荷重P1が作用したとき、膨らみ部Yに生じる引張ひずみのひずみ値の変位をaで示し、凹み部Xに生じる圧縮ひずみのひずみ値の変位をbで示している。また、直動案内ユニット1に対して引張荷重P2が作用したとき、膨らみ部Yに生じる引張ひずみのひずみ値の変位をcで示し、凹み部Xに生じる圧縮ひずみのひずみ値の変位をdで示している。
このように、同じ大きさの圧縮荷重P1、引張荷重P2が作用しているにも関わらず、異なったひずみ値が検出されるのは、上記したように、荷重方向によって軌道レールR側から作用する反力が異なる転動面に作用することが原因と考えられる。
さらに、上記のように検出したひずみ値から、圧縮ひずみ/引張ひずみの算式で求めるひずみ割合を表すと、圧縮荷重P1が作用したときのひずみ割合は−2.4となり、引張荷重P2を作用したときのひずみ割合は−3.2となる。
したがって、ケーシングCの外側面に生じる圧縮ひずみ、引張ひずみを検出するとともに、検出されたひずみ値に基づいてひずみ割合を求めれば、直動案内ユニット1にどのような圧縮荷重P1が作用しているのか、引張荷重P2が作用しているのかを簡単に判別することができる。
すなわち、一対の袖部3,3のうち、一方の外側面を基準面A、他方の外側面を反基準面Bとする。そして、図7に示すように、矢印のローリング方向のモーメントP3が作用すると、基準面A側には引張荷重P2が作用し、反基準面B側には圧縮荷重P1が作用する。上記のようなモーメントP3と、基準面A側に作用する引張荷重P2および反基準面B側に作用する圧縮荷重P1との関係は、図8に示すとおりである。
図8においては、直動案内ユニット1に対して矢印のローリング方向のモーメントP3が作用したとき、基準面A側の凹み部Xに生じる圧縮ひずみのひずみ値の変位をaで示し、膨らみ部Yに生じる引張ひずみのひずみ値の変位をbで示している。また、反基準面B側の凹み部Xに生じる圧縮ひずみのひずみ値の変位をcで示し、膨らみ部Yに生じる引張ひずみのひずみ値の変位をdで示している。
図8からも明らかなように、基準面A側における凹み部Xの圧縮ひずみ値は、反基準面B側における凹み部Xの圧縮ひずみ値よりもその絶対値が大きくなり、基準面A側における膨らみ部Yの引張ひずみ値は、反基準面B側における膨らみ部Yの圧縮ひずみ値よりも小さくなる。しかも、各数値の変位は、モーメントP3にほぼ比例的に上昇する。
このように、袖部3,3の両外側面におけるひずみ割合を算出すれば、ローリング方向のモーメントが作用した場合に、両基準面A,Bで異なったひずみ割合が算出される。しかも、図8に示すように、両センサ7,8で検出するひずみ値は、予圧の影響を受ける範囲を超えた以降、モーメントP3の大きさにほぼ比例する。したがって、上記のように算出したひずみ割合は、作用するモーメントの大きさに関係なくほとんど同じ数値となる。また、当然のこととして、モーメントP3のローリング方向が反対方向である場合には、基準面A側と反基準面B側とで算出されるひずみ割合がそのまま逆になる。
つまり、基準面A側と反基準面B側とで異なるひずみ割合が算出された場合には、いずれかのローリング方向のモーメントが作用していると簡単に判別することができる。
例えば、軌道レールRが設置面に対して水平に設置されているかを検査する場合には、所定の荷重を作用させながら直動案内ユニット1を摺動すればよい。もし、軌道レールRが傾いた状態で設置されていれば、両袖部3,3で異なったひずみ値が検出されるので、どちらの方向に傾いているかを簡単に検知することができる。
また、ひずみ値から作用している荷重を測定することができるため、荷重から理論的な製品寿命を導くことも可能である。
また、上記のように引張ひずみ、および圧縮ひずみを検出すれば、既存の装置に両センサ7,8を取り付けるだけで簡単かつ安価にひずみを検出することができる。しかも、両センサ7,8で検出したひずみ値を、無線で周辺機器に送信するようにすれば、コード等を用いる必要もなくなり、より構造を簡素化することができる。
なお、上記実施形態ではころを用いたが、転動体はころに限らずボールであってもよい。
また、引張ひずみ検出用センサ8を圧縮ひずみ検出用センサ7の垂直方向真下に設けたが、両センサ7,8は必ずしも垂直方向に設けなくてもよい。ただし、当然のこととして両センサ7,8を垂直方向に設ければ、より精度の高いひずみ値を検出することができるとともに、両センサ7,8を軸方向に複数組設ければ、さらに精度の高いひずみ値を検出することが可能となる。
なお、垂直方向に作用する荷重のみを検出する場合には、両センサ7,8を、一方の袖部3にのみ設けてもかまわない。
2 取付部
3 袖部
4a〜4d 転動面
5a〜5d リターン孔
6 転動体であるころ
7 圧縮ひずみ検出用センサ
8 引張ひずみ検出用センサ
C ケーシング
E エンドキャップ
R 軌道レール
S スライダ
X 膨らみ部
Y 凹み部
Claims (2)
- ケーシングは、軌道レール上面と水平な取付部と、この取付部の幅方向両端から下方に伸びるとともに、上記軌道レールを跨いで対向する一対の袖部を取付部に設けてなり、上記一対の袖部は、軌道レールに対向する転動面と、この転動面に連通するリターン孔とを設け、これら転動面とリターン孔内とを転動する転動体を組み込み、上記転動面とそれに対向する軌道レールとの間を転動体が転動しながら上記ケーシングを軌道レールに沿って移動させる構成にした直動案内ユニットにおいて、上記ケーシングに荷重が作用して、上記一対の袖部に、それらが互いに離れる方向の力が作用したとき、その力の作用によって上記一対の袖部の外側面に形成される膨らみ部のうち少なくとも一方の膨らみ部に引張りひずみ検出用センサを設ける一方、この引張りひずみ検出用センサを設けた膨らみ部が形成されたときに、その膨らみ部から上記取付部側に連続して形成される凹み部に圧縮ひずみ検出用センサを設けた直動案内ユニット。
- ケーシングは、軌道レールR上面と水平な取付部2と、この取付部2の幅方向両端から下方に伸びるとともに、軌道レールを跨いで対向する一対の袖部を取付部に設けてなり、上記一対の袖部は、軌道レールに対向する転動面と、この転動面に連通するリターン孔とを設け、これら転動面とリターン孔内とを転動する転動体を組み込み、上記転動面とそれに対向する軌道レールとの間を転動体が転動しながら上記ケーシングを軌道レールに沿って移動させる構成にした直動案内ユニットにおいて、上記ケーシングに荷重が作用して、上記一対の袖部に、それらが互いに離れる方向の力が作用したとき、その力の作用によって上記一対の袖部の外側面に形成される膨らみ部のうち少なくとも一方の膨らみ部に引っ張りひずみ検出用センサを取り付ける一方、この引張りひずみ検出用センサを設けた膨らみ部が形成されたときに、その膨らみ部から上記取付部側に連続して形成される凹み部に圧縮ひずみ検出用センサを取り付けて、上記引張りひずみ検出用センサで引張りひずみを検出するとともに上記圧縮ひずみセンサで圧縮ひずみを検出し、これら検出した引張りひずみ値と圧縮ひずみ値との比率であるひずみ割合を検出し、上記検出したひずみ値及び算出したひずみ割合に基づいて上記ケーシングに作用する荷重の大きさ及び方向を判別する直動案内ユニットの荷重判別方法。
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